Способ обработки отверстий и многошпиндельная головка для его осуществления

(54) СПОСОБ ОБР МНОГОШПИНДЕЛЬН АЯЩЕ СТВ ЛЕ НИЯ(ф), ф ССОЗ оС -,Жй ф,: - :4 сОйидлистичеснихЖ,ф 4 РЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАЯ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСКОМУ С(71) Челябинский политехнический институт им, Ленинского комсомола (72) С. Г.Лакирев, С.В,Сергеев, Е.И.Морозов н Н).Н, Клыков (53) 621.952.2 (088.8)(56) Матвеев В.Н. Агрегатные станки, - М. - Л,: Машиностроение, 1965, с, 122-23.Авторское свидетельство СССР В 1042904, кл. В 23 В 39/16, 1981.АБОТКИ ОТВЕРСТИЙ ИГОЛОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУ(57) Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано при одновременной обработке отверстий различными инструментами либо одноименными инструментамиразличного диаметра. Целью изобретения является повышение точности засчет прямолинейного направления инструмента. Направляющие скалки 3 и 4закреплены на столе 6 и проходятсквозь корпус, состоящий из верхней8 и нижней 9 частей, В верхней части8 корпуса установлена на коаксиальноприводной шестерне 10 косозубая шестерня 12 с закрепленным на ней кулачком 13. При перемещении корпуса понаправляющим скалкам 3 и 4 шестерня1404194 12 поворачивается за счет взаимодействия с косозубой рейкой, закрепленной на скалке 3, Одновременно с шестерней 12 поворачивается кулачок 13. Он воздействует в соответствии со своим профилем на подпружиненный к нему шпиндель 16 и передвигает его относительно корпуса, За счет возникшей разности скоростей осевых поИзобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано при одновременной обработке отверстий различными инструментами либо одноименными инструментами различ 5 ного диаметра.Цель изобретения - повышение точности за счет прямолинейного направления инструмента.ОНа фиг, 1 изображена схема уравновешивания асимметричного нагружения инструментов в многошпиндельной головке 1 осредством относительного изменения величин годач в случае совме щенной обработки стандартными и комбинированными инструментами, на фиг.2 - схема уравновешивания асимметричного нагружения инструментов посредством относительного изменения величин подач в случае обработки одинаковыми по диаметру инструментами системы отверстий в деталях с переменной твердостью пс длине отверстия, когда инструменты обрабатывают раэнотвердь;е материалы; на фиг,3 - то же, при сверлении однородного по твердости материала; на фиг,4 - то же, когда один из инструментов закончил обработку, на фиг.5 - то же,3 О в конце обработки всей системы отверстий, на фиг,б - схема уравновешивания аси; щетрично го нагружения инструментов посредством перераспределения величин внешних сил в случае обработки различными по диаметру ин струментами системы отверстий в неравножестких деталях при сверлении Двух отверстий - одинаковой минутной подачей, ца фиг,7 - то же, когда один из инструментов закончил обработку, на фиг. 8 - схема уравноведач происходит уравновешивание осевых сил резания, В конце обработкиза счет разности осевых подач одининструмент закончит работу раньше.В этот момент начинают работать приемники 21 инструментов 1 и 2, которые настроены на ту или иную уравновешивающую силу. 2 с, и 2 з.п. ф-лы,12 ил. шивания асимметричного нагружения инструментов посредством перераспределения величин внешних сил в случае совмещенной обработки стандартным и комбинированным инструментами при работе двух сверл различного диаметра, на фиг. 9 - то же, когда сверление закончено и продолжается обработка одного из отверстий разверткой, на фиг, 10 - многошпиндельная головка с механизмом регулирования осевой подачи одного шпинделя, продольный разрез; на фиг, 11 - схема приемника инструмента, на фиг,12 - многошпиндельная головка с механизмом регулирования осевой подачи нескольких шпинделей, продольный разрез.При одновременной обработке (фиг.1) системы отверстий в детали осевыми инструментами 1 и 2, размещенными в шпинделях многошпиндельной голонки, направляемой цилиндрическими скалками, возникает опрокидывающий момент. Причиной его возникновения служит несимметричное расположение 1 1 ) инструментов 1 и 2 относительно оси головки, а также разница осевых сил, действующих на инструменты 1 и 2 диаметром д и 6Под действием опрокидывающего момента оси инструментов смещаются с номинального положения, что в конечном итоге приводит к низкой точности обработки всей системы отверстий.В процессе обработки отверстий по и .ре углубления инструментов в деталь на участках асимметричного нагружения головки изменяют величины рабочих подач каждого иэ участвующих инструментов 1 и 2, тем самым перераспределяют соотношения сил резания, з/обеспечивая исключение суммарного опрокидывающего момента.В случае совмещенной обработки отверстий стандартным и комбинированным инструментами (фиг.1) при 1 =1ЙЙЙна участке сверления ин -струментами Йи Й с целью исклю -чения опрокидывающего момента подачуБ, назначают меньшей Б . На участке,когда начинает резать развертка Й,осевая сила Р резко возрастает наэтом шпинделе, поэтому, исключая вновьобразовавшийся опрокидывающий момент,подачу Б инструмента Й увеличивают.На следующем участке, когда сверлозакончит свою работу, осевая сила Ррезко уменьшается, поэтому подачу Б,инструмента Й уменьшают либо увеличивают подачу Б инструмента Й. Приэтом изменение величин подач инструментов следует выбирать в пределахдопустимого, по возможности соблюдаяусловие одновременного завершенияработы всех инструментов,В случае одновременной обработкисистемы отверстий в деталях с переменной твердостью по длине отверстия(сборные заготовки) сверление в детали с твердостью НВ, (фиг.2) производится инструментами Й=Й при 11=1с одинаковой подачей Б, =Б. На участке врезания инструмента Й, в деталь с твердостью НВ сборки осеваясила Р, возрастает, поэтому с цельюисключения опрокидывающего моментавеличину Б, уменьшают по сравнениюс величиной Б. Затем на участке(фиг. 3) врезания второго инструмента в деталь с твердостью НВ уменьшают и величину подачи Б , т.е, наэтом участке Б=Б,Далее на участке перехода инструмента Й из детали с твердостью НВв деталь с твердостью НВ, осевая сила Р на этом инсгрументе уменьшает 2ся, поэтому величину подачи Б увели-чивают, При прохождении такого жеучастка инструментом Й увеличиваютвеличину его подачи до Б;=Б . Приэтом несмотря на то, что глубиныотьерстий одинаковы, инструмент Йзакончит свою работу раньше, поэтомуна выходе из обработанного отверстия,исключая опрокидьвающий момент, кнему несбходимо приложить силу Р= Р, На участке выхода из отверстияинструмента к последнему прилагаютсилу Р.,:. - . Р,. Для того, чтобы определить, какиевеличины осевых сил нужно назначитьна каждом инструменте с цель исключения опрокидывающего момента, не 5обходимо по известной формуле определить фактические величины осевыхсил, действующих на инструменты приих одинаковой подаче Бо причем1 О Бовыбирают по лимитирующему минимальному диаметру инструмента, Далее определяют, какими должны бытьвеличины осевых сил, чтобы опрокидывающий момент был исключен.В случае одновременной обработкисистемы отверстий, диаметры которыхЙ, Й при 1 1 в неравножестких деталях минутная подача инструментоводинакова. На первом участке (фиг,б)их совместной работы опрокидывающийголовку момент от сил Р и Р уравновешивают внешней силой Р . На втором участке (фиг. 7), когда инструмент Й закончил работу, а инстру"25 мент Й, ее продолжает, опрокидывающий головку момент от сил Р, и Руравновешивают внешней силой Р,В случае совмещенной обработкисистемы отверстий стандартными и комбинированными инструментами (фиг.8)обработка отверстий проводится сверлом Йи сверлом-разверткой Й и Йпричем ЙЙ Й, при 1, =1 . На первом участке одновременно работаютдва сверла Й, и Й. Опрокидывающий35головку момент, образованный осевыми силами Р и Р, уравновешиваютвнешней силой Р, На втором участке(фиг.9) при врезании развертки Й40 и выходе сверл Й и Й иэ обработанных отверстий на развертку действует осевая сила Р 4. Опрокидывающийголовку момент, образованный последней, уравновешивают силой Рз, увеличенной до Р.45Для нахождения величины и направления действия опрокидывакцего момента определяют значения осевых сил,лри этом соблюдают;следующее соотношение50реЪУ. р, (Б +ЬБ, ) Х,+т, +Р, Х+У, О,55 рЕгде Р, - осевая сила резания .-гоинструиента, как функцияего подачиБ; - подача 1-го.инструмента-й внешней силы,11 ногошпиндельная головка с меха Онизмом регулирования осевой подачиодного шпинделя оснащена направляющими скалками 3 и 4, жестко закрепленными посредством болтов 5 настоле 6 станка или зажимном приспособлении 7. Многошпиндельная головкавыполнена в виде корпуса, состоящегоиз верхней 8 и нижней 9 частей. Вверхней части 8 корпуса соосно приводной шестерне 10 посредством под.шипника 11 установлена дополнительная косоэубая шестерня 12, на торцекоторой установлен сменный профильный кулачок 13, В нижней части корпуса 9 выполнены выступы, в которыхпосредством подшипников 14 и крышек15 размещены инструментальные шпиндели 16 головки,ЗО На одних концах шпинделей установлень. шестерни 17, связанные с приводной шестерней 10, а на других - осевые инструменты 1 и 2. Шпиндель 16 с инструментом 1. нагруженным большей осевой силой (инструмент большего диаметра), выполнен с возможностью осевого перемещения и подпружинен пружиной 18 относительно нижней части 9 корпуса головки к профильному кулачку 13, Возможность4 О вращения и осевого перемещения шпинделя 16 в корпусе может быть достигнута посредством подшипника скольжения (не показано), либо путем беэзазорного чередования конических колеца,9 и ша.риков 20. Кроме того, одна45 иэ цилиндрических скалок 4 выполнена с продольной лыской а скалка 3 - н виде косоэубой рейки, образующеР кчнематическое соединение с косозубой шестерней 12. 50В корпусе зажимного приспособления 7 соосно инструментам 1 и 2 на их вьгходе из обрабатываемой детали установлены регулируемые приемники 21 иэ обработанных отверстий детали 22, 5" Приемник 21 выполнен в виде подпружиненчых сменной пружиной 23 телескопических стаканов 24 и 25, в одном из которых посредством подшипника 26установлен приемный элемент 27, а вдругом - регулировочная гайка 28,Многошпиндельная головка с механизмом регулирования осевой подачинескольких шпинделей содержит размещенные в корпусе посредством подшипников 29 и 30 скольжения инструментальные шпиндели 16 с инструментами1 и 2, а посредством подшипников 11качения размещена приводная шестерня 10.На шпинделях 16 жестко закрепленышестерни 17, а при помощи подшипников31 качения установлены круглые рей"ки 32, Шпиндели 16 подпружинены восевом направлении относительно корпуса пружинами 18, а шестерни 17 образуют кинематическое соединение сприводной шестерней 10, В корпусе нагоризонтальных осях 33 установленышестерни 34 - 36, образующие кинематические соединения, причем шестерни34 и 35 образуют соединение междурейкой 32 крайнего шпинделя 16 и скалкой 3, а шестерня 36 - между рейками32 инструментальных шпинделей 16.Кроме того, на рейках 32 выполненывыступы 37 с прорезями под фиксирующие от проворота штифты 38, Штифты38 соединены с корпусом посредствомрезьбы.Головка с механизмом регулирования осевой подачи одного шпинделяработает следующим образом.Крутящий момент от шпинделя станка через хвостовик, приводную шестерню 10, шестерни 17 и шпиндели 16передается инструментам 1 и 2,При сообщении головке рабочей подачи она скользит по направляющимскалкам 3 и 4, Со стороны обрабатываемой детали 22 на каждьй инстр; -мент 1 и 2 во время обработки действует своя осевая сила, зависящая,например, от величины диаметра инструмента. В результате на головкудействуют неуравновешенные нагрузки,стремящиеся опрокинуть ее. В предлагаемом устройстве происходит компенсаня этих.нагрузок за счет того,чтоодин из шпинделей 16 имеет скоростьрабочей подачи головки, а другому собщается иная скорость (в данном случае меньшая), Это происходит за счеттого, что при перемещении головкивниз косозубая шестерня 12 поворачивается вокруг своей оси иэ-за соедиХ;, У; кения с косозубой рейкой скалки 3.Шестерня 12 поворачивает кулачок 13,а подпружиг нный к нему шпиндель 16передвигается в осевом направлениисогласно профилю кулачка 13. В ре 5зультате за счет разности скоростейрабочих подач происходит уравновешивание осевых сил (осевая сила находится в степенной зависимости с ра -бочей подачей инструмента),Вследствие различия величин подач инструментов один из них заканчивает работу быстрее, поэтому в конце обработки начинают работать при-,емники 21 инструментов, настроенныена ту или иную уравновешивающую силу. На выходе из обработанного отверстия на своем пути вращающийсяинструмент встречает приемный элемент 27. Элемент 27, увлекаемый инструментом,. начинает вращаться иперемещаться вместе с подвижным стаканом 25, при этом пружина 23 начинает сжиматься, создавая уравновешивающую головку осевую силу, ,Приобратном ходе головки все подвижныечасти устройства возвращаются в исходное положение.Головка с механизмом регулирования осевой подачи нескольких шпинделей работает следующим образом.От шпинделя станка через хвостовик, приводную шестерню 10 и шестерни 17 вращение передается рабочимшпинделям 16 и инструментам 1 и 2. 35При сообщении головке рабочей подачи она перемещается по направляющейскалке 3. Со стороны обрабатываемойдетали на каждый инструмент 1 и 2во время обработки действует свояосевая сила. Разница осевых сил способствует возникновению асижетричных нагрузок, действующих на головку. Для совмещенной обработки различными инструментами предусмотреното, что диапазон рабочих подач приразвертывании находится выше, чемпри сверлении, поэтому в конструкцииголовки предусмотрено уравновешивание осевых сил, действующих на различные по конструкции инструменты засчет уменьшения величины рабочей подачи одного инструмента 1 (сверла)и увеличения подачи другого инструмента 2 (развертки). Это происходит 55следующим образом.При перемещении головки вниз поскалке 3 с рейкой приводятся во вращение шестерни 34 и 35, которые через рейку 32 перемещают крайний шпиндель 16 в осевом направлении, задавая ему и инструменту 1 отставаниеот скорости рабочей подачи всей головки. Перемещение крайнего шпинделявызывает вращение шестерни 36 и перемещение второго шпинделя 16 с инструментом 2, но уже со скоростью,большей величины рабочей подачи головки, и крайнего шпинделя 16 с инструментомПружины 18 предназначены для исключения зазоров в зубчатом механизме перемещения шпинделей, а также дляоблегчения возврата подвижных частейголовки в исходное состояние,Предлагаемая конструкция головки позволяет сообщать инструментальным шпинделям существенно различные величины подач, что обеспечивает уравновешивание осевых сил при совмещенной обработке группы отверстий различными по конструкции осевыми инструментами. Формула изобретения 1. Способ обработки отверстий инструментами, при котором последним сообщают подачу различной величины и в зависимости от подачи нагружают инструменты различными силами резания, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности посредством исключения суммарного опрокидывающего момента, на инструменты воздействуют различными по величине дополнительными осевыми силами, причем на инструменты с меньшей подачей действуют большей дополнительной осевой силой, а на инструменты с большей подачей действуют меньшей дополнительной осевой силой, при этом соблюдают следующее соотношение- осевая сила резания -гоинструмента, как функцияего подачи,подача -го инструмента,дополнительная подача1.-го инструмента,коондннаты расположенияРфР" - дополнительная осевая3сила;Х , У - координаты расположенияФ1-й внешней силы.52. Иногошпиндельная головка для обработки отверстий, в корпусе которой размещены приводная шестерня, кинематически связанная с шестернями инструментальных шпинделей, и на О правляющая скалка, о т л и ч а ю - щ а я с я тем, что, с целью повышения точности, Головка снабжена механиз,мом регулирования осевой подачи по ;крайней мере одного шпинделя и жестко 5 связанной со скалкой зубчатой рейкой, ,установленной с возможностью взаимодействия с механизмом, причем по крайней мере один из шпинделей выполнен подпружиненным и установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса.3. Головка по п. 2, о т л и ч аю щ а я с я тем, что механизм регулирования осевой подачи шпинделя выполнен в виде размещенной 1,оаксиально приводной шестерне касоэубой шестерни, предназначенной для взаимодействия с зубчатой рейкой скалки, которая выполнена косоэубой, и закрепленного на косоэубой шестерне соосно последней кулачка, причем указанный шпиндель установлен с возможностью взаимодействия с кулачком.4, Головка по и. 2, о т л и ч аю щ а я с я тем, что механизм регулирования осевой подачи шпинделей выполнен в виде расположенных коаксиально им круглых зубчатых реек, предназначенных для установки последних подшипников, размещенных на шпинделях валов расположенных в корпусе перпендикулярно осям шпинделей и установленных на валах шестерен, кинематически связывающих зубчатую реику на скалке и круглые зубчатые рейки.Составитель Г. Сиро тов ская Редактор П. Гереши Техред Л.Сердюкова Ко рре кто р О, КравцоваЗаказ 3023/10 Тираж 880 Подписное ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьтий 113035, Москва, Б, Раушская наб., д, 4/5